DE102010024366A1

DE102010024366A1 - Verfahren zum Profilieren eines Honwerkzeugs für die Honbearbeitung einer Verzahnung eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102010024366A1
Application number: DE102010024366A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Preis Josef; Dipl.-Ing. Schieke Jörg
Original assignee: Praewema Antriebstechnik GmbH
Current assignee: Praewema Antriebstechnik GmbH
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2011-12-22
Also published as: EP2582481A1; EP2582481B1; CN102947038B; CN102947038A; WO2011157830A1

Abstract

Die Erfindung ermöglicht es auf einfache und kostengünstige Weise ein Honwerkzeug 3 zu fertigen, welches ein hinsichtlich der Fertigungsgenauigkeit optimiertes Arbeitsergebnis gewährleistet, und das es gleichzeitig erlaubt, die Formgebung des Honwerkzeugs 3 mit weitestmöglicher Gestaltungsfreiheit zu variieren. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß: a) ein unfertig profiliertes Honwerkzeug 3 zur Verfügung gestellt; b) das unfertig profilierte Honwerkzeug 3 wird in einen zum Halten des Honwerkzeugs 3 während der Honbearbeitung eines Werkstücks bestimmten Halter 2 einer Honmaschine 1 eingespannt; c) ein Profilierwerkzeug 8 wird in der Werkstückspindel 4 der Honmaschine 1 eingespannt und d) das Profilierwerkzeug 8 und Honwerkzeug 3 werden relativ zueinander derart ausgerichtet und bewegt, dass das Profilierwerkzeug 8 in Eingriff mit dem Honwerkzeug 3 kommt und an dem Honwerkzeug 3 das für die Honbearbeitung der Verzahnung des Werkstücks erforderliche Verzahnungsprofil 7 abbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Profilieren eines Honwerkzeugs für die Honbearbeitung einer Verzahnung eines Werkstücks. Hintergrund der Erfindung ist dabei das Verzahnungshonen. Beim diesem der Gruppe der Hartfeinbearbeitungsverfahren angehörenden Verfahren wälzt kontinuierlich ein zahnradförmig profiliertes Honwerkzeug mit dem zu bearbeitenden Zahnrad unter einem Achskreuzwinkel ab.
Zum Feinbearbeiten von Zahnrädern werden üblicherweise keramisch- oder harzgebundene Werkzeuge mit einer Verzahnung verwendet, deren Gestalt der Form des zu bearbeitenden Zahnrades entsprechen. Gehont wird dabei sowohl mit innen- wie auch mit außenverzahnten Honrädern.
Um über eine lange Einsatzdauer ein geometrisch gleichbleibend genaues Bearbeitungsergebnis zu gewährleisten, muss das jeweils verwendete Honwerkzeug in bestimmten Zeitabständen abgerichtet werden. Zu diesem Zweck werden üblicherweise Abrichtwerkzeuge eingesetzt, in die das Profil des abzurichtenden Werkzeugs sowie die Formelemente eingearbeitet sind. Auf diese Weise können die gegebenenfalls erforderlichen Geometrieänderungen am abzurichtenden Werkzeug erzeugt werden. Im Zuge des Abrichtvorgangs wird das Profil bzw. die Geometrie des Abrichtwerkzeugs auf das abzurichtende Werkzeug übertragen.
Voraussetzung für ein optimales Abrichtergebnis ist bei der konventionellen Vorgehensweise demzufolge, dass für jede Zahnform ein gesondertes Abrichtwerkzeug vorhanden ist. Dies gilt auch dann, wenn in der Honmaschine zusätzliche Verstellachsen für die Relativbewegung von abzurichtendem Honwerkzeug und abrichtendem Abrichtrad vorgesehen sind, um das Honwerkzeug auch für die Bearbeitung von komplex geformten Zahnrädern einwandfrei abrichten zu können.
In der EP 2 036 672 A1 , der EP 2 036 673 A1 und der EP 2 036 674 A1 ist zur Verminderung des Aufwands, der für das Abrichten von Honwerkzeugen erforderlich ist, und zur Optimierung der Gestaltungsfreiheit, mit der sich durch das Abrichten die Form des abzurichtenden Werkzeugs gestalten lässt, vorgeschlagen worden, zum Abrichten eines Werkzeugs für die Feinbearbeitung von Zahnrädern mit unbestimmter Klinge ein gegenüber der Breite des abzurichtenden Werkzeugs sehr schmales Abrichtrad zu verwenden. Die Vorteile der Verwendung eines derart schmalen Abrichtwerkzeugs bestehen dabei vor allen Dingen darin, dass es aufgrund der im Vergleich zum abzurichtenden Werkzeug geringen Breite des Abrichtwerkzeugs möglich ist, während des Abrichtvorgangs die Relativposition mittels geeigneter individuell steuerbarer Stellantriebe weitestgehend frei zu verstellen, um die gewünschte Flankenform (Balligkeit, Konizität) der Zähne des abzurichtenden Werkzeugs zu erzeugen. Die geringe Breite des Abrichtwerkzeugs erlaubt es somit, im Zuge des Abrichtvorgangs unabhängig von der Form der jeweils zu bearbeitenden Zähne bei in Eingriff befindlichem Abrichtrad und abzurichtendem Werkzeug in einer weitestgehend frei steuerbaren Bewegung entlang der Zahnflanken des abzurichtenden Werkzeugs zu bewegen, um auch komplexe Formgebungen der Verzahnung mit einem einfachen, universell einsetzbaren Abrichtwerkzeug an dem abzurichtenden Honwerkzeugs abzubilden.
Unabhängig davon, welche der voranstehend erläuterten Möglichkeiten des Abrichtens von Honwerkzeugen gewählt wird, setzen die bekannten Honverfahren voraus, dass das zum Einsatz kommende Honwerkzeug im Neuzustand optimal an die Geometrie des jeweils zu honenden Werkstücks angepasst ist. Dies bedingt, dass im Werk des Werkzeugherstellers das Honwerkzeug nach Maßgabe des Honmaschinenherstellers oder -betreibers so exakt gefertigt wird, dass es die Geometrie des zu honenden Werkzeugs möglichst einwandfrei abbildet. Zusätzlich müssen bei seiner Formgebung auch die Eigenarten der jeweiligen Maschine berücksichtigt werden, die sich in bestimmten Verstellmöglichkeiten sowie baulichen und funktionalen Toleranzen etc. äußern. Die Fertigung derart exakt geformter Abrichtwerkzeuge ist nicht nur sehr aufwändig und entsprechend teuer, sondern ist auch darauf angewiesen, dass jeweils exakte Daten über den Betriebszustand, die Betriebsbedingungen und die geometrischen Vorgaben zur Verfügung stehen, unter denen das jeweilige Abrichtwerkzeug eingesetzt werden soll. Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es auf einfache und kostengünstige Weise möglich ist, ein Honwerkzeug zur Verfügung zu stellen, welches ein hinsichtlich der Fertigungsgenauigkeit optimiertes Arbeitsergebnis gewährleistet, und das es gleichzeitig erlaubt, die Formgebung des Honwerkzeugs mit weitestmöglicher Gestaltungsfreiheit zu variieren.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst worden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend im Zusammenhang mit dem allgemeinen Erfindungsgedanken näher erläutert.
Gemäß der Erfindung werden also zum Profilieren eines Honwerkzeugs für die Honbearbeitung einer Verzahnung eines Werkstücks mindestens folgende Arbeitsschritte absolviert:

a) Zurverfügungstellen eines unfertig profilierten Honwerkzeug-Rohlings;
b) Einspannen des unfertig profilierten Honwerkzeugs in einen zum Halten des Honwerkzeugs während der Honbearbeitung eines Werkstücks bestimmten Halter einer Honmaschine;
c) Einspannen eines Profilierwerkzeugs in der Werkstückspindel der Honmaschine;
d) Ausrichten und Bewegen von Profilierwerkzeug und Honwerkzeug relativ zueinander derart, dass das Profilierwerkzeug in Eingriff mit dem Honwerkzeug kommt und an dem Honwerkzeug das für die Honbearbeitung der Verzahnung des Werkstücks erforderliche Verzahnungsprofil abbildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Profilieren eines Honwerkzeugs für die Honbearbeitung einer Verzahnung eines Werkstücks geht somit aus von einem Honwerkzeug-Rohling, der im unfertig profilierten Zustand zur Verfügung gestellt wird (Arbeitsschritt a)). Unter dem Begriff ”unfertig profiliert” sind dabei alle Honwerkzeuge zusammengefasst, die aufgrund ihrer unvollendeten bzw. unvollkommenen Formgebung nicht geeignet sind, mit dem jeweils zu honenden Werkstück ordnungsgemäß in Eingriff gebracht zu werden. Hierunter fallen Honwerkzeuge, die vollständig unprofiliert sind, also noch keinerlei an die Verzahnung des zu honenden Werkstücks angepasste Profilierung besitzen, oder solche Werkzeuge, die bereits grob vorprofiliert sind, deren Geometrie jedoch noch nicht mit der erforderlichen Genauigkeit ausgeprägt ist.
Des Weiteren können für das erfindungsgemäße Verfahren Honwerkzeuge verwendet werden, die bereits für die Honbearbeitung eingesetzt worden sind, nun aber einen Verschleißzustand erreicht haben, aufgrund dessen sie für ihren ursprünglichen Einsatzzweck unbrauchbar sind. Diese Werkzeuge sind in diesem Sinne ebenfalls ”unprofiliert”, da sie nicht mehr ordnungsgemäß verwendet werden können. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können derart verschlissene Werkzeuge auf einfache Weise so aufgearbeitet werden, dass sie wieder für eine Honbearbeitungsaufgabe eingesetzt werden können. Voraussetzung dazu ist lediglich, dass an dem Honwerkzeug noch ausreichend Schneidstoffvolumen vorhanden ist, um in erfindungsgemäßer Weise eine Profilierung in das Honwerkzeug einzubringen. Die Anpassung der Abmessungen eines zuvor verschlissenen, als solches nicht mehr zur Geometrie des zu honenden Werkstücks passenden Honwerkzeugs kann dabei beispielsweise dadurch erfolgen, dass unter Berücksichtigung des Größenverhältnisses von Honwerkzeug zu Werkstück die Zähnezahl des Werkzeugs so angepasst wird, dass ein einwandfreier Engriff von Werkzeug und Werkstück beim Honen gewährleistet ist.
Ein für die Erfindung wesentlicher Gedanke besteht nun darin, dass einerseits das unfertig profilierte Honwerkzeug in einen zum Halten des Honwerkzeugs während der Honbearbeitung eines Werkstücks bestimmten Halter derjenigen Honmaschine eingespannt wird, in der das Honwerkzeug nach erfolgter Profilierung zum Einsatz kommen soll (Arbeitsschritt b)), und dass andererseits zum Profilieren des unfertigen Honwerkzeugs das Profilierwerkzeug in die Werkstückspindel der Honmaschine eingespannt wird, also an den Platz gesetzt wird, an dem das zu honende Werkstück während der Honbearbeitung sitzt (Arbeitsschritt c)). Bei dem Halter, in den das Honwerkzeug eingespannt wird, kann es sich um einen so genannten ”Honkopf” handeln, wie er standardmäßig bei konventionellen Honmaschinen vorhanden ist.
Die in der voranstehend beschriebenen Weise in die jeweilige Honmaschine eingespannte Profilier- und Honwerkzeuge werden anschließend derart ausgerichtet und relativ zueinander bewegt, dass das Profilierwerkzeug in Eingriff mit dem Honwerkzeug kommt und an dem Honwerkzeug das für die Honbearbeitung der Verzahnung des Werkstücks erforderliche Verzahnungsprofil abbildet (Arbeitsschritt d)). Das an der Stelle des zu honenden Werkstücks sitzende Profilierwerkzeug schneidet dementsprechend in das zu profilierende, ursprünglich unfertig profilierte Honwerkzeug unter den Bedingungen, die sich bei der anschließenden Honbearbeitung des zu bearbeitenden Werkstücks stellen. In Folge dessen stellt sich am Honwerkzeug ein Verzahnungsprofil ein, das exakt den geometrischen Vorgaben entspricht, die bei der Honbearbeitung des Werkstücks einzuhalten und zu berücksichtigen sind.
Dabei fließen bei der erfindungsgemäßen Erzeugung der Profilierung nicht nur die von der Konstruktion und Auslegung des Werkstücks herrührenden Maßgaben, sondern auch die maschinenbedingten Eigenarten ein, wie Toleranzen, Verstellmöglichkeiten etc., ohne dass es dazu besonderer Maßnahmen bedarf. Im Ergebnis wird so ein Honwerkzeug erhalten, das unter Berücksichtigung der Gegebenheiten der jeweiligen Honmaschine optimal an die jeweilige Honaufgabe angepasst ist und so ebenso optimale Honergebnisse gewährleistet.
Das Ausrichten und die für den Profilierungsvorgang erforderliche Relativbewegung von Profilierwerkzeug und Honwerkzeug erfolgt typischerweise derart, dass zunächst der dem Honwerkzeug zugeordnete Halter mit dem unprofilierten Honwerkzeug in einen vorgegebenen Achskreuzwinkel geschwenkt und das Profilierwerkzeug anschließend in axialer Richtung entlang des zu profilierenden Honwerkzeugs bewegt wird.
Im Fall, dass es sich bei dem Honwerkzeug um einen Honring zum Honen eines mit einer Außenverzahnung versehenen Zahnrads handelt, fährt das Profilierwerkzeug dabei durch das in diesem Fall ringförmig ausgebildete Honwerkzeug. Soll mit dem Honwerkzeug dagegen die Innenverzahnung eines Werkstücks gehont werden, so fährt das Profilierwerkzeug außen entlang des in diesem Fall mit einer Außenverzahnung versehenen Honwerkzeugs. Genauso ist es möglich, mit einer schneckenförmigen oder anderen Verzahnung versehene Honräder in erfindungsgemäßer Weise zu profilieren. Dementsprechend kann das zu profilierende Honwerkzeug selbstverständlich auch eine Außenverzahnung aufweisen und das Profilierwerkzeug ringförmig ausgebildet und mit einer Innenverzahnung versehen sein oder sowohl das zu profilierende Honwerkzeug als auch das Profilierwerkzeug eine Außenverzahnung aufweisen. Wesentlich ist lediglich, dass die Profilierung von den Verhältnissen ausgeht, die bei der anschließenden Honbearbeitung des zu honenden Werkstücks gegeben sind.
Besonders effektiv und zeitsparend kann die erfindungsgemäße Profilierung auf Maschinen vorgenommen werden, bei denen eine spanende Bearbeitung eines Werkstücks nach Art des Wälzschälens möglich ist. Beim Wälzschälen werden die Drehachsen von Werkzeug und Werkstück windschief zueinander angeordnet. Im Schnittvorgang wälzen Werkzeug und Werkstück aufeinander ab, wobei durch die windschiefe Achsanordnung eine Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück entsteht. Diese Relativbewegung wird als Schnittbewegung ausgenutzt und hat seine Hauptschnittrichtung entlang der Zahnlücke des Werkstücks (s. Handbuch der Fertigungstechnik, Band 3/2 "Spanen", Carl Hanser Verlag München Wien 1980, Seiten 415–417).
Während des Profiliervorgangs werden typischerweise das Profilierwerkzeug über die Werkzeugspindel und das Honwerkzeug über den ihm zugeordneten Halter der Honmaschine rotierend angetrieben. Das Drehzahlverhältnis zwischen dem Profilierwerkzeug und der Werkstückspindel entspricht dabei im einfachsten Fall dem Zähnezahlverhältnis zwischen dem Honwerkzeug und dem Profilierwerkzeug.
Grundsätzlich ist es denkbar, das Profilierwerkzeug so auszubilden, dass seine Form dem zu honenden Werkzeug weitestgehend identisch entspricht. In diesem Fall kann das Profilierwerkzeug eine bestimmte, an die jeweilige Honaufgabe optimal angepasste Profilierung erzeugen. Dies kann dann zweckmäßig sein, wenn der Profiliervorgang über eine längere Zeit wiederholt vorgenommen wird oder wenn die jeweilige Honmaschine nur für eine eng begrenzte Zahl von speziellen Anwendungsfällen konzipiert ist.
Deutlich steigern lässt sich die Vielseitigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch, dass das Profilierwerkzeug nach Art eines schmalen, scheibenförmigen Zahnrads ausgebildet ist und seine Breite geringer ist als die Breite der an dem Honwerkzeug zu erzeugenden Profilierung. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit ein Profilierwerkzeug eingesetzt, das gegenüber der Breite des zu profilierenden Honwerkzeugs sehr schmal ist.
Dementsprechend ist gemäß einer praxisgerechten Ausgestaltung die in Richtung seiner Drehachse gemessene Breite der mit dem zu profilierenden Honwerkzeug in Eingriff kommenden Zähne des Profilierungswerkzeugs um so viel kleiner als die Breite des Honwerkzeugs, dass das Profilierwerkzeug zum Überstreichen der Breite des zu profilierenden Honwerkzeugs um eine Länge in Z-Richtung bewegt werden muss, die einem Vielfachen der Breite der Zähne des Profilierwerkzeugs entspricht. Das derart schmale Profilierwerkzeug wird mit den Verzahnungen des zu profilierenden Honwerkzeugs in Eingriff gebracht. Das Profilierwerkzeug und das Honwerkzeug werden im Profilierbetrieb dann über jeweils einen eigenen Antrieb um jeweils eine Drehachse drehend angetrieben. Gleichzeitig wird ihre Relativposition mittels geeigneter individuell steuerbarer Stellantriebe der Werkzeugspindel und des Honwerkzeug-Halters der Honmaschine in Richtung (Z-Richtung) der Drehachse des Profilierwerkzeugs und/oder eine dazu quer ausgerichtete Richtung (X-Richtung) sowie erforderlichenfalls durch zusätzliche Verdrehung um die Drehachse (B-Achse) des zu bearbeitenden Werkzeugs und/oder um die Drehachse (C-Achse) des Profilierwerkzeugs mittels ebenfalls jeweils individuell steuerbarer Antriebe verstellt, um die gewünschte Form (Balligkeit, Konizität) der Zähne des zu profilierenden Honwerkzeugs zu erzeugen. Die geringe Breite des Profilierwerkzeugs erlaubt es dabei, die Schmalseiten der Zähne des Profilierwerkzeugs unabhängig von der Gestalt und Ausrichtung der Zahnflanken des zu bearbeitenden Honwerkzeugs so zu gestalten, dass die jeweilige Kontaktfläche zwischen dem zu profilierenden Honwerkzeug und dem Profilierwerkzeug auf ein Minimum reduziert ist.
Letzteres erweist sich dann als besonders zweckmäßig, wenn ein schrägverzahntes Werkzeug mit einem erfindungsgemäß schmalen Profilierwerkzeug bearbeitet wird. In diesem Fall ist an dem schmalen Profilierwerkzeug der am Honwerkzeug zu erzeugende Schrägungswinkel allenfalls angenähert. Die Erzeugung des Schrägungswinkels erfolgt stattdessen durch die von dem Profilierungswerkzeug während des Profilierbetriebs ausgeführten Bewegungen. Entsprechendes gilt, wenn mittels eines erfindungsgemäß schmalen Profilierwerkzeugs ein Honwerkzeug profiliert wird, das für die Bearbeitung eines geradverzahnten Werkstücks bestimmt ist.
Durch Verwendung eines schmalen Profilierwerkzeugs kann somit das erfindungsgemäße Profilieren im Zuge des Profiliervorgangs unabhängig von der Form der jeweils zu bearbeitenden Zähne bei in Eingriff befindlichem Profilierwerkzeug und zu profilierendem Honwerkzeug in einer weitestgehend frei steuerbaren Bewegung entlang der Zahnflanken des zu profilierenden Honwerkzeugs bewegt werden.
Beim erfindungsgemäß erfolgenden Profilieren von schrägverzahnten oder in anderer Weise komplex geformt verzahnten Honwerkzeugen mit einem schmalen Profilierwerkzeug der voranstehend erläuterten Art wird demzufolge der jeweilige Schrägungswinkel bzw. die jeweils abzubildende Zahnform nur durch die Bewegung des Profilierungswerkzeugs bestimmt, die es bei seinem Weg entlang der Zahnflanke des Zahns ausführt, mit dem es jeweils in Eingriff steht. Auf diese Weise können mittels der an konventionellen Feinbearbeitungsmaschinen standardmäßig vorhandenen Verstellmöglichkeiten in X- und Z-Richtung sowie um die B- und C-Achse die am jeweils bearbeiteten Zahn zu erzeugende Form allein durch Maschinensteuerung vorgegeben werden.
Wird ein schmales Profilierwerkzeug der voranstehend erläuterten Art eingesetzt, so kann dieses Werkzeug so ausgelegt werden, dass die Bearbeitung des zu profilierenden Honwerkzeugs nach Art einer Klinge nur über die Stirnschneide des Profilierwerkzeugs erfolgt. Nach heutigem Stand ist deshalb nur noch eine gewisse Mindestdicke des Werkzeugs erforderlich, um das die Schneide bildende Werkzeugteil ausreichend abzustützen. Bei praktischen Versuchen haben sich in dieser Hinsicht solche schmalen Profilierwerkzeuge als besonders betriebssicher bewährt, bei denen die Breite der mit dem zu profilierenden Honwerkzeug in Eingriff kommenden Zähne maximal 6 mm dick ist. Im Hinblick auf die Vielseitigkeit und Freiheit der Formgebung des zu profilierenden Honwerkzeugs ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Dicke des Profilierwerkzeugs möglichst gering ist, insbesondere auf maximal 4 mm beschränkt ist.
Zum Profilieren eines zum Honen eines schrägverzahnten Werkstücks vorgesehenen Honwerkzeugs wird eine zusätzliche Verdrehung in Abhängigkeit von der axialen Zustellung angewendet. Diese zusätzliche Verdrehung wird durch die Steigung der zu profilierenden Schrägverzahnung des Honwerkzeugs bestimmt. Um dies zu ermöglichen, kann das Profilierwerkzeug während des Arbeitsschritts d) mit einer geänderten Steigung bezogen auf das zu profilierende Honwerkzeug bewegt werden. Eine solche Konstellation erweist sich insbesondere dann als praxisgerecht, wenn ein schmales Profilierungswerkzeug der voranstehend erläuterten Art eingesetzt wird.
Das Profilierwerkzeug kann eine Zähnezahl oder einen Schrägungswinkel aufweisen, die von der Zähnezahl bzw. dem Schrägungswinkel des zu bearbeitenden Werkstücks abweichen, um beispielsweise Werkstücke zu bearbeiten, die sich lediglich hinsichtlich ihrer Zähnezahl oder ihres Schrägungswinkels unterscheiden. In diesem Fall werden die Einstellwerte ”Achsabstand” und ”Achskreuzwinkel” der Maschine beim Profilieren nach den mathematischen Zusammenhängen für eine Schraubradpaarung neu berechnet und weichen insoweit von denen für die Bearbeitung des Werkstückes ab.
Grundsätzlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren so durchführen, dass das erhaltene profilierte Honwerkzeug unmittelbar zur Honbearbeitung eines Werkstücks eingesetzt werden kann. In bestimmten Anwendungsfällen kann es jedoch sinnvoll oder erforderlich sein, dass nach dem Profilieren und vor der ersten Honbearbeitung zusätzlich ein Abrichten des Honwerkzeugs durchgeführt wird. Dies kann beispielsweise dann zweckmäßig sein, wenn ein Abrichten im Rahmen einer standardisierten Arbeitsablaufplanung vorgesehen ist oder die an dem Honwerkzeug zu erzeugende Profilierung so gestaltet ist, dass sie eine vor der Honbearbeitung zusätzliche Abrichtbehandlung erfordert. Durch das vor der ersten Inbetriebnahme eines neuen Honwerkzeugs erfolgende Erstabrichten kann die Geometrie des Honwerkzeugs noch exakter an die Gegebenheiten der jeweiligen Honmaschine angepasst werden. Dieses Erstabrichten wird üblicherweise mit dem Diamant-Abrichtzahnrad durchgeführt, das auch für die weiteren Abrichtvorgänge benutzt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
1 einen Ausschnitt einer Honmaschine in perspektivischer Ansicht;
2 ein Honwerkzeug mit einem in Eingriff befindlichem Profilierwerkzeug in perspektivischer Ansicht;
3 das Honwerkzeug mit dem Profilierwerkzeug in einer längsgeschnittenen Ansicht.
Weder die räumliche Zuordnung der nachfolgend beschriebenen Bauelemente noch die geometrischen Verhältnisse sind in den Figuren maßstäblich richtig dargestellt.
Die Honmaschine 1 weist einen Halter 2 für ein als ringförmiges Honrad ausgebildetes, mit einer Innenverzahnung 3a versehenes Honwerkzeug 3 und eine Werkstückspindel 4 zum Einspannen eines hier nicht dargestellten, in Form eines außenverzahnten Zahnrads vorliegenden Werkstücks auf, dessen Außenverzahnung mittels des Honwerkzeugs 3 gehont werden soll.
Das Honwerkzeug 3 ist mittels eines Drehantriebs in dem ihm zugeordneten Halter 2 drehbar gelagert. Ebenso ist die Werkstückspindel 4 mittels eines Drehantriebs 4a um eine mit ihrer Längsachse zusammenfallende und sich durch die vom Honwerkzeug 3 umschlossene Öffnung erstreckende Drehachse C2 drehbar angetrieben.
Zusätzlich ist der Halter 2 mittels eines nicht dargestellten Stellantriebs um eine Horizontalachse A schwenkbar angetrieben, die quer zur Drehachse C2 der Werkstückspindel 4 ausgerichtet ist.
Der Halter 2 ist an einem Gehäuseblock 5 gelagert, der auf einem Kreuzschlitten 6 sitzt, der in zwei orthogonal zueinander und horizontal ausgerichtete Stellachsen X, Z linear verstellbar ist. Die eine Stellachse Z des Kreuzschlittens 6 ist dabei parallel zur Drehachse C2 der Werkstückspindel 4 und die zweite Stellachse X quer dazu und parallel zur Schwenkachse A des Halters 2 ausgerichtet. Ebenso ist der Gehäuseblock 5 gemeinsam mit dem Halter 2 um eine vertikal ausgerichtete Schwenkachse B verschwenkbar. Sämtliche Stellbewegungen des Gehäuseblocks 5 werden durch nicht dargestellte Stellmotoren bewirkt, wie sie an konventionellen Honmaschinen der hier beschriebenen Art regelmäßig vorhanden sind. Zusätzlich kann die Steigung der um die C1- und/oder C2-Achse vom zu profilierenden Honwerkzeug 3 bzw. vom zu honenden Werkstück vollführten Drehbewegungen verändert werden. Dies kann mittels voneinander unabhängiger Antriebe erfolgen, die zum Drehen des Honwerkzeugs 3 und dem Werkstück um die ihnen jeweils zugeordnete Drehachse C1 bzw. C2 vorgesehen sind.
Die für die Bewegung in X-, Z- sowie A- und B-Richtung zuständigen Stellantriebe sowie die Antriebe für die Drehungen um die C1- und C2-Achsen werden über eine hier ebenfalls nicht gezeigte frei programmierbare Maschinensteuerung gesteuert.
Um das zum Honen des nicht dargestellten, außenverzahnten Zahnrad-Werkstücks erforderliche Zahnprofil 7 in das Honwerkzeug 3 einzuformen, wird das Honwerkzeug 3 im unprofilierten Neuzustand, in dem es noch keinerlei Verzahnung aufweist, in den Halter 2 so positioniert, als ob es für die Bearbeitung des jeweiligen Werkstücks eingerichtet würde.
Die Flanken der Zähne des in dem Honwerkzeugs 3 zu erzeugenden Zahnprofils 7 sind unter einem Schrägungswinkel schräg zur Drehachse C1 des Honwerkzeugs 3 ausgerichtet.
Zum Profilieren des Honwerkzeugs 3 wird statt eines Werkstücks ein Profilierwerkzeug 8 an der Stelle in die Werkstückspindel 4 eingespannt, an der im normalen Honbetrieb das jeweils zu honende Werkstück sitzt. Das Modul der Verzahnung des Profilierwerkzeugs 8 entspricht im optimalen Fall dem Stirnmodul m_t des zu profilierenden Honwerkzeugs 3. In der Praxis wird das Modul des Profilierwerkzeugs 8 an dieses ideale Modul weitestgehend angenähert.
Das nach Art einer dünnen Zahnradscheibe ausgebildete Profilierwerkzeug 8 besteht in an sich bekannter Weise aus einem aus Metall gefertigten Träger, dessen den Zahnflanken der Zähne des profilierenden Honwerkzeugs 3 zugeordneten Schmalseiten mit Diamanten besetzt sind. Die Breite B_A des Profilierwerkzeugs 8 beträgt weniger als ein Achtel der Breite B_W des abzurichtenden Honwerkzeugs 3. Dementsprechend beträgt die Länge L, um die das Profilierwerkzeug 8 in Richtung seiner Drehachse C2 (Z-Richtung) bewegt werden muss, um die Breite B_W des Honwerkzeugs 3 zu überstreichen, mehr als das Achtfache der Breite B_A des Profilierwerkzeugs 8. Die Zahnform des Profilierwerkzeugs 8 ist dabei jeweils so gewählt, dass der Materialabtrag am zu profilierenden Honwerkzeug 3 jeweils nach Art einer Klinge nur über die Stirnschneiden des Profilierwerkzeugs 8 erfolgt.
Nachdem das Profilierwerkzeug 8 in die Werkstückspindel 4 eingespannt ist, werden das Honwerkzeug 3 und das Profilierwerkzeug 8 so aufeinander zugestellt und das Honwerkzeug 3 zusätzlich um die Schwenkachse A sowie die Schwenkachse B so verschwenkt, dass die nun in Bezug auf die Drehachse C2 windschief ausgerichtete Drehachse C1 des Honwerkzeugs 3 mit der Drehachse C2 des Profilierwerkzeugs 8 einen Achskreuzwinkel Σ einschließt.
Anschließend werden das Profilierwerkzeug 8 und das zu profilierende Honwerkzeug 3 gleichsinnig um ihre jeweilige Drehachse C1, C2 drehangetrieben und in Stellrichtung Z relativ zueinander bewegt. Der dabei in Z-Richtung zurückgelegte Stellweg ist so groß, dass das Profilierwerkzeug 8 trotz seiner deutlich geringeren Breite B_A die gesamte Breite B_W des Honwerkzeugs 3 bei einem Hub vollständig überstreicht. Der Abtrag des Materials erfolgt bei der hier beschriebenen Kinematik nach Art des Wälzschälens. Dabei können die Parameter der Profilierungsbearbeitung so eingestellt werden, dass das an dem Honwerkzeug 3 zu erzeugende Profil 7 in einem Hub fertig profiliert ist.
Stellt sich heraus, dass die bei einer einhubigen Bearbeitung auftretenden Belastungen für das Profilierwerkzeug 8 oder das Honwerkzeug 3 zu groß sind, so kann die Profilierungsbearbeitung auch in mehreren Hüben durchgeführt werden. Das Profilierwerkzeug 8 wird in diesem Fall nach Beendigung eines Hubs von dem Honwerkzeug 3 abgehoben und in seine Ausgangsstellung bewegt, um anschließend erneut in der voranstehend beschriebenen Weise mit dem Honwerkzeug 3 in Eingriff gebracht zu werden.
Um einen ausreichenden Materialabtrag pro Hub zu gewährleisten, wird erforderlichenfalls eine zusätzliche Stellbewegung in Stellrichtung X durchgeführt, durch die sich der Gehäuseblock 5 mit dem Halter 2 und dem darin sich drehenden Honwerkzeug 3 stärker der Drehachse C2 des Profilierwerkzeugs annähert.
Die voranstehend aufgezählten, während des Profilierbetriebs ausgeführten Bewegungen von Honwerkzeug 3 und Profilierwerkzeug 8 können durch zusätzliche Schwenk- oder Stellbewegungen entlang eine der Achsen A, B, X oder Z überlagert werden, um bestimmte Formelemente an den Zähnen des zu erzeugenden Zahnprofils 7 des Honwerkzeugs 3 auszuprägen. Insbesondere erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, besonders große Schrägungswinkel an dem Honwerkzeug 3 abzubilden, wie sie bei einer konventionellen Profilierung nicht ohne Weiteres zu erzeugen sind.
Selbstverständlich ist es ebenso möglich, an Stelle einer Verstellung des Gehäuseblocks in X- und Z-Richtung oder einer Verschwenkung des Gehäuseblocks um die Achse B den Support, auf dem die Werkstückspindel 4 abgestützt ist, auf einem geeigneten hier nicht dargestellten Kreuzschlitten so verschwenkbar zu lagern, dass die Werkstückspindel 4 bei stillstehendem Gehäuseblock 5 mittels dieses Kreuzschlittens in X- und Z-Richtung verfahren und erforderlichenfalls um die Achse B verschwenkt werden kann, um die für die Profilierung des Honwerkzeugs 3 benötigten Relativbewegungen von Profilierwerkzeug 8 und Honwerkzeug 3 auszuführen.
Die in der voranstehend beschriebenen Weise durchgeführte Profilierbearbeitung wird fortgesetzt, bis das Zahnprofil 7 vollständig fertig in das Honwerkzeug 3 eingeschnitten ist. Anschließend wird das Profilierwerkzeug 8 aus der Werkstückspindel 4 entnommen und durch ein Zahnrad-Werkstück ersetzt, an dem dann die normale Honbearbeitung mittels des nun fertig profilierten Honwerkzeugs 3 durchgeführt wird.
Die voranstehend beschriebene Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht prinzipiell dem Verfahren des ”Wälzschälens”. Dieses erlaubt eine besonders schnelle und effektive Bearbeitung des Honwerkzeugs 3 und erweist sich deshalb in der Praxis als besonderes vorteilhaft. Jedoch ist es ebenso möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auf Maschinen umzusetzen, bei denen der Materialabtrag beim Honen nach einem anderen Prinzip erfolgt. Entscheidend ist dabei der Gedanke, das Profilierwerkzeug 8 an Stelle des zu honenden Werkstücks zu setzen, das Profilierwerkzeug 8 mit dem unprofilierten Honwerkzeug 3 in Eingriff zu bringen und anschließend beide Werkzeuge so relativ zueinander zu bewegen, dass an dem unfertig profilierten Honwerkzeug 3 das dort vorgesehene Profil abgebildet wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich in kürzester Bearbeitungszeit hoch genaue Honwerkzeuge erzeugen. So ist es beispielsweise möglich, durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in weniger als 30 Sekunden ein zuvor vollständig unprofiliertes, für die Honbearbeitung eines außenverzahnten Zahnrads bestimmtes, radförmiges Honwerkzeug so fertig zu profilieren, dass es unmittelbar in der Honmaschine 1 verwendet werden kann. Die erfindungsgemäß am Honwerkzeug 3 erzeugte Profilierung 7 kann dabei derart sein, dass das Honwerkzeug 3 sofort zur Honbearbeitung verwendet werden kann. Erforderlichenfalls lässt sich das Honwerkzeug 3 jedoch selbstverständlich ebenso noch einem zusätzlichen Erstabrichten unterziehen, wenn dies nach dem vorgesehenen Arbeitsablauf oder aufgrund der geometrischen Gegebenheit des in erfindungsgemäßer Weise fertig gestellten Profils des Honwerkzeugs 3 nötig ist.
Bezugszeichenliste

1: Honmaschine
2: Halter
3a: Innenverzahnung des Honwerkzeugs 3
3: Honwerkzeug
4: Werkstückspindel
4a: Drehantrieb der Werkstückspindel 4
5: Gehäuseblock
6: Kreuzschlitten
7: Zahnprofil des Honwerkzeugs
8: Profilierwerkzeug
A: horizontal ausgerichtete Schwenkachse
B: vertikal ausgerichtete Schwenkachse
C1: Drehachse des Honwerkzeugs 3
C2: Drehachse der Werkstückspindel 4/des Profilierwerkzeugs 8
X, Z: Stellachsen
B_A: Breite des Profilierwerkzeugs 8
B_W: Breite des abzurichtenden Honwerkzeugs 3
L: Länge, um die das Profilierwerkzeug 8 in Richtung seiner Drehachse C2 (Z-Richtung) bewegt werden muss, um die Breite B_W des Honwerkzeugs 3 zu überstreichen
Σ: Achskreuzwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2036672 A1 [0005]
EP 2036673 A1 [0005]
EP 2036674 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Handbuch der Fertigungstechnik, Band 3/2 ”Spanen”, Carl Hanser Verlag München Wien 1980, Seiten 415–417 [0016]

Claims

Verfahren zum Profilieren eines Honwerkzeugs (3) für die Honbearbeitung einer Verzahnung eines Werkstücks, umfassend folgende Arbeitsschritte: a) Zurverfügungstellen eines unfertig profilierten Honwerkzeugs (3); b) Einspannen des unfertig profilierten Honwerkzeugs (3) in einen zum Halten des Honwerkzeugs während der Honbearbeitung eines Werkstücks bestimmten Halter (2) einer Honmaschine (1); c) Einspannen eines Profilierwerkzeugs (8) in der Werkstückspindel (4) der Honmaschine (1); d) Ausrichten und Bewegen von Profilierwerkzeug (8) und Honwerkzeug (3) relativ zueinander derart, dass das Profilierwerkzeug (8) in Eingriff mit dem Honwerkzeug (3) kommt und an dem Honwerkzeug (3) das für die Honbearbeitung der Verzahnung des Werkstücks erforderliche Verzahnungsprofil (7) abbildet.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilierwerkzeug (8) nach Art eines schmalen, scheibenförmigen Zahnrads ausgebildet ist und dass seine Breite (B_A) geringer ist als die Breite (B_W) des an dem Honwerkzeug (3) zu erzeugenden Verzahnungsprofils (7).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B_A) der mit dem Honwerkzeug (3) in Eingriff kommenden Zähne des Profilierwerkzeugs (8) um so viel kleiner als die Breite (B_W) des zu profilierenden Honwerkzeugs (3) ist, dass das Profilierwerkzeug (8) zum Überstreichen der Breite (B_W) des zu profilierenden Honwerkzeugs (3) um eine Länge (L) in Z-Richtung der Honmaschine (1) bewegt werden muss, die einem Vielfachen der Breite (B_A) der Zähne des Profilierwerkzeugs (8) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B_A) der mit dem Honwerkzeug (3) in Eingriff kommenden Zähne des Profilierwerkzeugs (8) höchstens 6 mm, insbesondere höchstens 4 mm, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das schmale Profilierwerkzeug (8) zur Erzeugung der Flankenlinie der Zähne des zu profilierenden Honwerkzeugs (3) während des Arbeitsschritts d.1) in Richtung der Werkstückachse (Z-Richtung) geführt wird, d.2) der Achsabstand von zu profilierendem Honwerkzeug (3) und Profilierwerkzeug (8) (X-Richtung) variiert wird und/oder d.3) das zu profilierende Honwerkzeug (3) und/oder das schmale Profilierwerkzeug (8) entlang bzw. bezogen auf die Drehachsen (B- bzw. C-Achse) verstellt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schmale Profilierwerkzeug (8) während des Arbeitsschritt d) mit einer geänderten Steigung bezogen auf das zu profilierende Honwerkzeug (3) bewegt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Relativbewegung von zu profilierendem Honwerkzeug (3) und Profilierwerkzeug (8) das Honwerkzeug (3) in einen bestimmten Achskreuzwinkel (Σ) geschwenkt und das Profilierwerkzeug (8) durch das Honwerkzeug (3) anschließend in axialer Richtung (Z) von dem Profilierwerkzeug (8) durchfahren wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilierwerkzeug (8) und/oder das zu profilierende Honwerkzeug (3) während ihrer Relativbewegung um jeweils eine Drehachse (C1, C2) rotieren.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahlverhältnis zwischen dem Honwerkzeug (3) und dem Profilierwerkzeug (8) dem Zähnezahlverhältnis zwischen dem zu profilierenden Honwerkzeug (3) und dem Profilierwerkzeug (8) entspricht.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilierwerkzeug (8) eine Zähnezahl aufweist, die von der Zähnezahl des zu profilierenden Honwerkzeugs (3) abweicht.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilierwerkzeug (8) einen anderen Schrägungswinkel als das zu profilierende Honwerkzeug (3) aufweist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilierwerkzeug (8) und das zu profilierende Honwerkzeug (3) über jeweils einen eigenen Antrieb um jeweils eine Drehachse (C1, C2) drehend angetrieben werden und dass Stellantriebe zum Verstellen der Relativposition von zu profilierendem Honwerkzeug (3) und Profilierwerkzeug (8) mindestens in Richtung (Z-Richtung) der Drehachse (C2) des Profilierwerkzeugs (8) und eine dazu quer ausgerichtete Richtung (X-Richtung) vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu profilierende Honwerkzeug (3) ringförmig ausgebildet ist und eine Innenverzahnung aufweist, während das Profilierwerkzeug (8) außenverzahnt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zu profilierende Honwerkzeug eine Außenverzahnung aufweist und das Profilierwerkzeug ringförmig ausgebildet und mit einer Innenverzahnung versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das zu profilierende Honwerkzeug als auch das Profilierwerkzeug eine Außenverzahnung aufweisen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der beim Profilieren der jeweils im Eingriff mit dem zu profilierenden Honwerkzeug (3) befindliche Zahn des Profilierwerkzeugs (8) in mindestens einem seiner Kantenbereiche das zu profilierende Honwerkzeug (3) im Wesentlichen punktförmig berührt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Profilieren ein Abrichten des Honwerkzeugs (3) durchgeführt wird.